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光刻机的工作原理及技术

时间:2019-12-31 16:38:18 浏览:3735

在整个芯片制造工艺中,几乎每个工艺的实施,都离不开光刻的技术。光刻也是制造芯片的最关键技术,他占芯片制造成本的35%以上。

当芯片完成 IC 设计后,就要委托晶圆代工厂进行芯片制造封装。

芯片制造中,晶圆必不可少,从二氧化硅(SiO2)矿石,比如石英砂中用一系列化学和物理冶炼的方法提纯出硅棒,然后切割成圆形的单晶硅片,这就是晶圆。

晶圆是制造各式电脑芯片的基础。我们可以将芯片制造比拟成用积木盖房子,藉由一层又一层的堆叠,完成自己期望的造型(也就是各式芯片)。然而,如果没有良好的地基,盖出来的房子就会歪来歪去,不合自己所意,为了做出完美的房子,便需要一个平稳的基板。对芯片制造来说,这个基板就是晶圆。

光刻技术是一种精密的微细加工技术。常规光刻技术是采用波长为20004500埃的紫外光作为图像信息载体,以光致抗光刻技术蚀剂为中间(图像记录)媒介实现图形的变换、转移和处理,最终把图像信息传递到晶片(主要指硅片)或介质层上的一种工艺。

光刻技术就是把芯片制作所需要的线路与功能区做出来。简单来说芯片设计人员设计的线路与功能区“印进”晶圆之中,类似照相机照相。照相机拍摄的照片是印在底片上,而光刻刻的不是照片,而是电路图和其他电子元件。

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光刻包括光复印和刻蚀工艺两个主要方面:

光复印工艺:经曝光系统将预制在掩模版上的器件或电路图形按所要求的位置,精确传递到预涂在晶片表面或介质层上的光致抗蚀剂薄层上。

刻蚀工艺:利用化学或物理方法,将抗蚀剂薄层未掩蔽的晶片表面或介质层除去,从而在晶片表面或介质层上获得与抗蚀剂薄层图形完全一致的图形。集成电路各功能层是立体重叠的,因而光刻工艺总是多次反复进行。例如,大规模集成电路要经过约10次光刻才能完成各层图形的全部传递。

而光复印技术就是光刻机,而刻蚀工艺就是蚀刻机。

在光刻技术的原理下,人们制造了光刻机,光刻机通过一系列的光源能量、形状控制手段,将光束透射过画着线路图的掩模,经物镜补偿各种光学误差,将线路图成比例缩小后映射到晶圆上,不同光刻机的成像比例不同,有5:1,也有4:1。然后使用化学方法显影,得到刻在晶圆上的电路图。

一般的光刻工艺要经历硅片表面清洗烘干、涂底、旋涂光刻胶、软烘、对准曝光、后烘、显影、硬烘、激光刻蚀等工序。经过一次光刻的芯片可以继续涂胶、曝光。越复杂的芯片,线路图的层数越多,也需要更精密的曝光控制过程。现在先进的芯片有30多层。

可以说光刻决定了半导体线路的精度,以及芯片功耗与性能,相关设备需要集成材料、光学、机电等领域最尖端的技术。

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